含水率试验方法（烘干法）的研究

欧兆腾,王健源 

     中水珠江规划勘测设计有限公司    广东省广州市   510610

摘要：本论文聚焦于含水率试验中的烘干法，对其原理、实验步骤、优缺点进行深入研究。通过大量实验数据分析，评估了该方法的试验时间。研究结果为相关领域提供了有价值的参考。

关键词：含水率、烘干法

一、引言

   土壤的含水率又被称为土壤湿度，表示为土中水的质量与土中固体颗粒质量的百分比。含水率是土壤最基本的物理性质，测量土壤的含水率也是土工试验中最基本的试验项目，对于评判土体的工程性质起着至关重要的作用。然而，测定细粒土的含水率需要8小时甚至更长的时间，滞缓了工程的进度。

二、烘干法的原理

   烘干法的原理是通过加热使土壤中的水分蒸发，然后通过称量干燥前后土壤的质量差来计算含水率。具体来说，首先将待测土壤样品放入烘箱中，设定一定的温度（通常为105℃~110℃）和时间（至少8小时），使样品中的水分完全蒸发。然后取出样品，冷却至室温后称量其质量。最后，根据干燥前后样品的质量差和土壤固体颗粒质量，计算出土壤的含水率。

三、含水量测量的主要方法介绍

现在常用的试验规范是《土工试验方法标准》GB/T50123-2019，本试验以烘干法为市内试验的标准方法，主要仪器设备有：烘箱（105℃~110℃）、电子天平（量程200g，分度值0.01g)、电子台秤（程2000g，分度值1g）、干燥器、称量盒。取有代表性试样细粒土15g~30g放入称量盒，,规定试样和铝盒放入烘箱，在105℃~110℃下烘到恒量，烘干时间对黏质土不得少于8h。

四、本次试验条件

本次试验主要研究在在105℃~110℃条件下烘烤，随着时间的变化，细粒土含水率的变化情况。本次试验使用的土的物理性能指标见表1，试验准备取5份2500g土，分别编号1、2、3、4、5，对应编号2、3、4、5分别加水50g、100g、150g、200g,搅拌均匀装入塑料袋内静置24小时备用（见表2）。

表1

天然含 水率	比重	液限（%）	塑限（%）	塑性指数	有机质（%）	粉粒含量	黏粒含量	土的定名
10.2	2.70	44.4	25.2	19.2	0.24	37.1	19.9	低液限 黏土

表2

试样编号	1	2	3	4	5
试样重量（g）	2500	2500	2500	2500	2500
配水情况	0	50	100	150	200
预估含水率	10.2	12.2	14.2	16.2	18.2

四、结果与分析

 本次试验结果如表3和图1

表3

试样编号	预估含 水率	烘烤1h	烘烤2h	烘烤3h	烘烤4h	烘烤5h	烘烤6h	烘烤7h	烘烤8h
1	10.2	5.6	6.6	8.8	9.9	10.0	10.0	10.0	10.0
2	12.2	6.8	9.5	12.0	12.1	12.1	12.2	12.2	12.2
3	14.2	8.2	11.6	13.8	13.8	13.8	13.9	13.9	13.9
4	16.2	10.2	12.6	14.8	16.0	16.1	16.2	16.2	16.2
5	18.2	12.2	14..6	16.8	18.1	18.1	18.1	18.2	18.2

图1

通过试验，可以得到不同时间点下的含水率数据，并分析其变化趋势。试验结果表明，随着烘烤时间的延长，细粒土的含水率逐渐降低，且降低速率逐渐减缓。此外，样品的初始含水率和粒度分布对烘烤过程中含水率的变化也有一定的影响。烘烤4个小时后含水率基本稳定，6个小时后质量趋于恒定。

五、烘干法的优缺点

烘干法的优点：

1. 准确度高：烘干法是通过完全蒸发土壤中的水分来测量含水率，因此可以获得较为精确的结果。

2. 适用性广：适用于各种类型的土壤，无论是粘土、砂土还是有机土壤，烘干法都可以准确测量其含水率。

3. 操作简单：烘干法的操作步骤相对简单明了，只需将土壤样本放入烘箱中烘干至恒重即可。

4. 数据稳定：烘干后的土壤样本重量稳定，不会因时间推移或环境变化而发生变化，便于长期保存和数据对比。

烘干法的缺点：

1. 耗时较长：烘干法需要将土壤样本加热至高温并保持一段时间，直到完全干燥，因此耗时较长，不适合急需快速测量含水率的情况。

2. 能耗较高：烘干法需要使用烘箱进行加热，因此能耗较高，对于大规模的土壤含水率测量来说成本较高。

3. 可能破坏土壤结构：高温烘干可能导致土壤颗粒发生结构变化或破坏，尤其是对有机质含量较高的土壤，可能会影响其物理性质和化学性质。

4. 不能区分土壤中的水分类型：烘干法测量的是土壤中所有形式的水分，包括毛细管水、吸附水和自由水等，无法区分不同类型的水分。

总的来说，烘干法是一种准确度高且适用性广的土壤含水率测量方法，但也存在耗时较长、能耗较高和可能破坏土壤结构等缺点。在实际应用中，应根据具体需求和条件选择合适的测量方法。

六、含水率试验方法的应用

含水率烘干法在多个领域有着广泛的应用。以下是该方法的一些主要用途：

1. 农业：在农业领域，含水率烘干法被用来监测和管理土壤水分，以确保作物生长所需的适宜水分条件。这有助于指导灌溉计划和提高农作物产量。

2. 环境科学：在环境科学研究中，含水率测定对于了解水文循环、土壤侵蚀和污染扩散等过程至关重要。通过测定不同土壤层的含水率，研究人员可以评估生态系统的水分状况和健康状况。

3. 土木工程：在土木工程项目中，如建筑施工、道路建设和基础设施维护，土壤含水率的准确测量对于确保工程质量和稳定性至关重要。含水率会影响土壤的承载能力和压实度。

4. 气象学：气象学家利用含水率烘干法来研究大气中的湿度以及降水模式。土壤含水率也是预测干旱和洪水事件的重要参数。

5. 土壤学研究：土壤学家通过测定不同土壤类型和深度的含水率，研究土壤的物理性质、化学成分和生物活性。这有助于理解土壤肥力和可持续管理实践的影响。

6. 林业：在林业管理中，含水率烘干法用于评估森林土壤的水分状况，这对于制定森林火灾预防措施和恢复森林生态系统至关重要。

7. 考古：考古学家使用含水率烘干法来分析古代土壤样本，以了解过去的气候条件、土地利用方式和文化活动。

总之，含水率烘干法作为一种准确且可靠的测量技术，在农业、环境监测、工程建设、气象预测、土壤研究、林业管理和考古学等领域发挥着重要作用。

七、结论

   本文通过对含水率试验方法（烘干法）的深入研究和分析，得出以下结论：首先，烘干法是一种准确可靠的土壤含水率测量方法，适用于各种含水率土壤样品；其次，通过优化实验条件可以进一步提高烘干法的测量效率和准确性；最后，针对传统烘干法存在的缺点，我们可以采取一些改进措施来提高其性能并拓展应用范围。这些研究结果将为相关领域的研究和实践提供有价值的参考。